QUINTO CAPITULO

SUBSISTEMA DE ENTRADA/SALIDA Conjunto de hardware y software que sirve de interfaz entre el usuario y el sistema. La Entrada/Salida (E/S) es una unidad bsica de un sistema computador a travs de la que se realiza la comunicacin con el exterior. La E/S tiene un impacto muy significativo tanto en el rendimiento como en el coste del sistema El diseo de la E/S, adems del rendimiento, ha de contemplar aspectos de expandibilidad y

recuperacin ante fallos.

Conforme las CPUs son ms rpidas, tanto las mquinas grandes como pequeas usan los mismos microprocesadores siendo entonces la memoria y las E/S una caracterstica diferenciadora de las mismas.

El xito de aplicaciones recientes (multimedia, internet,...) fuertemente relacionadas con el

ancho de banda de la E/S. Las mquinas interactan con las personas a travs de su sistema de E/S.

Figura 6.1 Subsistema de Entrada/Salida

El subsistema de E/S maneja comunicaciones que son asncronas respecto a la CPU y que varan mucho en la cantidad de datos Los aspectos que hay que tomar en cuenta en el diseo del subsistema de E/S son: Localizacin de los datos: seleccin del dispositivo, direccin de los datos dentro del

dispositivo.

Transferencia de los datos: cantidad de datos, velocidad de transmisin y sentido de la transferencia (entrada y/o salida).

Sincronizacin: salida de datos cuando el dispositivo est preparado para recibirlos, entrada cuando los datos estn disponibles.

Tanto la demora, latencia, como la tasa de transferencia, anchode banda, son independientes del reloj del procesador, viniendo determinados por el movimiento de elementos mecnicos. Este ancho de banda se llama punta, el nmero de bytes por segundo trasferidos desde que comienza la transmisin. El ancho de banda medio, que incluye el tiempo de latencia, es mucho menor. 6.1 CLASIFICACION.

6.1.1 Por la Forma de Inicializacin de Entrada/Salida.

a) E/S programada El procesador inicia y controla cuando finaliza la operacin de E/S. Un bit en un registro de salida indica al dispositivo que comience una operacin determinada, y un bit en un registro de entrada indica al procesador la finalizacin de la operacin. Es suficiente cuando el dispositivo ni es demasiado rpido para que el procesador lea y escriba los bits indicadores ni es demasiado lento para que el procesador espere por l. Las impresoras estn en esta categora.

b) Interrupciones de E/S El procesador inicia la operacin de E/S y el dispositivo lo interrumpe cuando termina. Necesaria cuando los tiempos de latencia son largos y variables. Las conexiones de red estaran en esta categora.

Figura 6.2 Gestin de E/S por Interrupciones c) Acceso directo a memoria (DMA) El dispositivo lee y escribe directamente en memoria directamente, sin usar el procesador. Necesaria para anchos de banda pico grande. Los discos duros estaran en esta categora..

Figura 6.3 E/S sin DMA y con DMA

Figura 6.4 DMA con Memorias Multipuerto y con un solo Puerto

6.1.2 Segn la Complejidad. Los perifricos pueden ser: a) Interfaz b) Canales o bus c) Procesadores

6.1.3 Segn el Tipo de Datos. a) Sistemas de transmisin en paralelo Se transmiten todos los bits del dato simultneamente.

Figura 6.5 Transmisin en Paralelo

Ventaja: se transmite de forma rpida (la ms rpida posible). Desventaja: baja fiabilidad, ya que todos los bits no tienen las mismas caractersticas de

transmisin. La distancia de transmisin es muy reducida, se limita aproximadamente a 2 m. como mximo.

Uso: impresoras, scanner, ploter, etc.

b) Sistema de transmisin en serie Los bits del dato a transmitir se envan por un solo canal, uno detrs de otro.

Figura 6.6 Transmisin en Serie

Ventaja: se puede alcanzar una distancia de transmisin muy grande. Desventaja: la transmisin es muy lenta. Uso: mouse, teclado, impresora serial, etc. La transmisin serie se subdivide en tres tipos: o Simplex: se transmite en un nico sentido. (beeper). o Half duplex: se tiene ambos sentidos de transmisin, pero uno a la vez. (phone patch). o Full duplex: se transmite en ambos sentidos simultneamente. (telfono). 6.2 INTERFAZ DE ENTRADA Y SALIDA.

Es el conjunto de elementos que sirve de unin entre el procesador y el perifrico de E/S, cuando es algo complejo recibe el nombre de controlador de entrada/salida. Un controlador de entrada/salida debe ser capaz de: Identificar direcciones del perifrico.

A B

Datos

A B

Contar con un buffer. Es una memoria intermedia que est dentro del perifrico, tiene como objetivo aliviar la carga del sistema, mientras ms lento sea el perifrico, mayor tamao en el buffer.

Convertir las seales elctricas al tipo de seales manejadas por el perifrico.

Figura 6.7 Interfaz de E/S La interfaz con dispositivos de salida debe ser capaz de: Decodificar la parte baja del bus de direcciones para generar un pulso nico correspondiente al

puerto de salida Combinar la seal de decodificador con la seal WR para general el pulso de seleccin del

dispositivo de I/O Usar un latch que nos permitir tener acceso o negar acceso al dispositivo de I/O La seal de seleccin del dispositivo debe ser activa en alto debido al uso de latches

Figura 6.8 Interfaz de Salida

La interfaz con dispositivos de entrada debe ser capaz de: Decodificar la parte baja del bus de direcciones para generar un pulso nico correspondiente al

puerto de entrada Combinar la seal de decodificador con la seal RD para general el pulso de seleccin del

dispositivo de I/O Usar un latch que nos permitir tener acceso o negar acceso al dispositivo de I/O La seal de seleccin del dispositivo debe ser activa en bajo debido al uso de latches

Perifrico ProcesadorInterfaz

Puede estar en un slot deexpansin o, si es de usogeneral se ubica en la tarjetamadre.

Figura 6.9 Interfaz de Entrada El acceso a dispositivos puede ser de dos tipos como se muestra:

Figura 6.10 Tipos de Acceso a Dispositivos

Figura 6.11 E/S Mapeada en Memoria

Figura 6.12 E/S Mapeada en Puertos

6.3 CANALES DE ENTRADA/SALIDA. Conjunto de interfaces que sirven a perifricos con caractersticas comunes.

Figura 6.13 Canal de E/S

Los canales representan una extensin al concepto DMA. Tienen la habilidad de ejecutar instrucciones de E/S, para lo que toman completo control de la transferencia de datos, por lo tanto, la CPU no ejecuta instrucciones de E/S. Las instrucciones almacenadas en memoria principal que sern ejecutadas por un procesador especial en el canal. La CPU inicia la transferencia de E/S instruyendo al canal para ejecutar el programa que est en memoria, este programa especifica dispositivos reas de memoria a usar, prioridades y acciones ante errores. El canal siguiendo las instrucciones controla la transferencia de datos.

6.4 PROCESADOR DE ENTRADA/SALIDA (PES). Es una tarjeta de adaptacin de perifricos, con caractersticas inteligentes, cuenta con un procesador y es capaz de ejecutar unas cuantas instrucciones dedicadas a realizar el control del proceso entrada/salida. El PES es un sistema programable que implementa varios canales de entrada/salida y se programa de acuerdo a los perifricos que controla. Un tipo muy conocido de PES es la tarjeta SCSI, que tiene la capacidad de controlar con gran eficiencia diferentes tipos de perifricos como HDs, lectoras de CD, scanner, ploter, etc.

CPU

CANAL

Perifrico

Perifrico

Perifrico

Figura 6.14 PES SCSI

Figura 6.15 Estructura tpica del PES

Figura 6.16 Tipo de Conexin de los PES

CPUPES

Canal

Canal

Tarjeta SCSI